Balanço Hídrico Climatológico - USP · Nota: Caso CC% e PMP% tenham sido medidas dadas em...
43
Balanço Hídrico UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA "LUIZ DE QUEIROZ" DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS LEB 306 – Meteorologia Agrícola 1 o Semestre de 2017 – Prof. Fábio Marin
Transcript of Balanço Hídrico Climatológico - USP · Nota: Caso CC% e PMP% tenham sido medidas dadas em...
Balanço Hídrico
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA "LUIZ DE QUEIROZ"
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS
LEB 306 – Meteorologia Agrícola
1o Semestre de 2017 – Prof. Fábio Marin
Balanço Hídrico - Conceito
Balanço Hídrico - Introdução
Caatinga
Floresta Tropical
Como quantificar as diferenças climáticas
entre regiões?
Balanço Hídrico - Introdução
Porto Alegre
Cuiabá
Petrolina
Londres
608
611
Precipitação Anual
1347
1314
Balanço Hídrico - Introdução
Chuva ET
UMIDADE DO
SOLO - ARMDren.
LateralDren.
Lateral
Dren.
ProfundaAc.
Capilar
Em resumo:
Variação do ARM = Chuva + AC -ET -DP
IrrigaçãoOrvalho
Capacidade de água disponível: conceito
Calculando a Capacidade de Água Disponível
CAD = (CC% - PMP%) * Z * 1000
Sendo a CAD dada em mm e Z a profundidade efetiva do sistema radicular (m).
Valores de Referência:
Solos muito argilosos: 200 mm/m
Solos com textura média: 100 mm/m
Solos arenosos: 60 mm/m
Nota: Caso CC% e PMP% tenham sido medidas dadas em umidade gravimétrica dosolo, é necessário multiplicar pela densidade aparente do solo, kg/m3) para secalcular a CAD.
Tipos de Balanço Hídrico
• BH Normal (mensal) – análise climatológica
• BH sequencial (diário, semanal, decendial, mensal) –acompanhamento das condições
• BH de culturas – monitoramento da irrigação, zoneamentos, estimativa de produtividade
Elaboração do BH Climatológico Normal: Roteiro de cálculo
1) Estimativa da ETo com o método mais adequado para a região, dependendo dos dados meteorológicos disponíveis (Penman-Monteith ou Camargo com Temperatura Efetiva).
2) Obtenção de dados de chuva (P)
3) Calcular (P-ETo), preservando os sinais positivos (+) e negativos (-)
4) A partir deste ponto deve-se completar as colunas (NAC e ARM) simultaneamente.
5) Critério de inicialização: Inicia-se no primeiro mês com valor de (P-ETo) < 0 (negativo) (veja nota do slide seguinte).
*Nota: Critério para Inicialização do BH
• Nos locais muito secos, onde a deficiência hídrica dura porpraticamente todo o ano, a inicialização do BH precisa ocorrer de outra forma. Observe a tabela abaixo: as condições A e B sãocomuns no sudeste e centro-oeste do Brasil. A condição C é normalmente necessário no Semiárido nordestino. Nestacondição, o NAC deve ser calculado com a equação apresentadaem C.
Elaboração do BHC: Roteiro
• 6) Determinação do NAc e do ARM
⇒Se (P-ETo) < 0 ⇒ Calcula-se o NAc, ou seja, os valores de (P-ETo) negativos, e
posteriormente se calcula o valor do ARM
NAC = NAC anterior + (P-ETo);
ARM = CAD * exp(-|NAc/CAD|)
⇒Se (P-ETo) ≥ 0 ⇒ Calcula-se primeiro o ARM e, posteriormente, calcula-se o Nac**,
ARM = ARM anterior + (P-ETo);NAc = CAD * Ln (ARM/CAD);
**Nesse caso o NAC deve ser determinado no caso de haver um próximo período com (P-ETo) < 0.
• 7) Cálculo da Alteração (ALT = DARM)• ALT = ARM – ARM anterior (ALT > 0 ⇒ reposição; ALT < 0 ⇒ retirada de água do solo)
Elaboração do BHC: Roteiro
• 8) Determinação da ETR (Evapotranspiração Real)• Se (P-ETo) < 0 ⇒ ETR = P + |ALT|• Se (P-ETo) ≥ 0 ⇒ ETR = ETo
• 9) Determinação da DEF (Deficiência hídrica = o quanto o sistema solo-planta deixou de evapotranspirar)• DEF = ETo - ETR
• 10) Determinação do EXC (Excedente hídrico, que corresponde à água que não pode ser retida e drena em profundidade = água gravitacional)• Se ARM < CAD ⇒ EXC = 0• Se ARM = CAD ⇒ EXC = (P-ETo) - ALT
Exemplo de Cálculo do BH Climatológico
Posse - GO
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271Fev 97 215
Mar 104 230Abr 88 119Mai 78 20Jun 63 9Jul 62 5
Ago 90 12Set 94 30
Out 109 123Nov 106 223Dez 106 280
Total
Média
P - ETo
Local: Posse, GO (Lat. 14.06´S) Período: 1961-1990 CAD = 100mm
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58Jun 63 9 -54Jul 62 5 -57
Ago 90 12 -78Set 94 30 -64
Out 109 123 14Nov 106 223 117Dez 106 280 174
Total
Média
Início = P –ETo < 0
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58Jun 63 9 -54Jul 62 5 -57
Ago 90 12 -78Set 94 30 -64
Out 109 123 14Nov 106 223 117Dez 106 280 174
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58Jun 63 9 -54Jul 62 5 -57
Ago 90 12 -78Set 94 30 -64
Out 109 123 14Nov 106 223 117Dez 106 280 174
Total
Média
Início
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58Jun 63 9 -54Jul 62 5 -57
Ago 90 12 -78Set 94 30 -64
Out 109 123 14Nov 106 223 117Dez 106 280 174
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58 -58 56Jun 63 9 -54Jul 62 5 -57
Ago 90 12 -78Set 94 30 -64
Out 109 123 14Nov 106 223 117Dez 106 280 174
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58 -58 56Jun 63 9 -54 -112 33Jul 62 5 -57 -169 18
Ago 90 12 -78 -247 8Set 94 30 -64 -311 4
Out 109 123 14 -171 18Nov 106 223 117 0 100Dez 106 280 174 0 100
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100Fev 97 215 118
Mar 104 230 126Abr 88 119 31Mai 78 20 -58 -58 56Jun 63 9 -54 -112 33Jul 62 5 -57 -169 18
Ago 90 12 -78 -247 8Set 94 30 -64 -311 4
Out 109 123 14 -171 18Nov 106 223 117 0 100Dez 106 280 174 0 100
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100Fev 97 215 118 0 100
Mar 104 230 126 0 100Abr 88 119 31 0 100Mai 78 20 -58 -58 56Jun 63 9 -54 -112 33Jul 62 5 -57 -169 18
Ago 90 12 -78 -247 8Set 94 30 -64 -311 4
Out 109 123 14 -171 18Nov 106 223 117 0 100Dez 106 280 174 0 100
Total
Média
NAc = CAD * Ln (ARM/CAD) ARM = CAD * e ^ -|NAC/CAD |
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100Fev 97 215 118 0 100
Mar 104 230 126 0 100Abr 88 119 31 0 100Mai 78 20 -58 -58 56Jun 63 9 -54 -112 33Jul 62 5 -57 -169 18
Ago 90 12 -78 -247 8Set 94 30 -64 -311 4
Out 109 123 14 -171 18Nov 106 223 117 0 100Dez 106 280 174 0 100
Total
Média
ALT = ARM – ARM anterior
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0Fev 97 215 118 0 100 0
Mar 104 230 126 0 100 0Abr 88 119 31 0 100 0Mai 78 20 -58 -58 56 -44Jun 63 9 -54 -112 33 -23Jul 62 5 -57 -169 18 -15
Ago 90 12 -78 -247 8 -10Set 94 30 -64 -311 4 -4
Out 109 123 14 -171 18 14Nov 106 223 117 0 100 82Dez 106 280 174 0 100 0
Total
Média
ALT = ARM – ARM anterior
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0Fev 97 215 118 0 100 0
Mar 104 230 126 0 100 0Abr 88 119 31 0 100 0Mai 78 20 -58 -58 56 -44Jun 63 9 -54 -112 33 -23Jul 62 5 -57 -169 18 -15
Ago 90 12 -78 -247 8 -10Set 94 30 -64 -311 4 -4
Out 109 123 14 -171 18 14Nov 106 223 117 0 100 82Dez 106 280 174 0 100 0
Total
Média
Se (P-ETo) < 0 ⇒ ETR = P + |ALT|
Se (P-ETo) ≥ 0 ⇒ ETR = ETo
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116Fev 97 215 118 0 100 0 97
Mar 104 230 126 0 100 0 104Abr 88 119 31 0 100 0 88Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22Set 94 30 -64 -311 4 -4 34
Out 109 123 14 -171 18 14 109Nov 106 223 117 0 100 82 106Dez 106 280 174 0 100 0 106
Total
Média
Se (P-ETo) < 0 ⇒ ETR = P + |ALT|
Se (P-ETo) ≥ 0 ⇒ ETR = ETo
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116Fev 97 215 118 0 100 0 97
Mar 104 230 126 0 100 0 104Abr 88 119 31 0 100 0 88Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22Set 94 30 -64 -311 4 -4 34
Out 109 123 14 -171 18 14 109Nov 106 223 117 0 100 82 106Dez 106 280 174 0 100 0 106
Total
Média
DEF = ETo - ETR
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116 0Fev 97 215 118 0 100 0 97 0
Mar 104 230 126 0 100 0 104 0Abr 88 119 31 0 100 0 88 0Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 -14Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 -31Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 -42
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 -68Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 -60
Out 109 123 14 -171 18 14 109 0Nov 106 223 117 0 100 82 106 0Dez 106 280 174 0 100 0 106 0
Total
Média
DEF = ETo - ETR
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116 0Fev 97 215 118 0 100 0 97 0
Mar 104 230 126 0 100 0 104 0Abr 88 119 31 0 100 0 88 0Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 -14Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 -31Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 -42
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 -68Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 -60
Out 109 123 14 -171 18 14 109 0Nov 106 223 117 0 100 82 106 0Dez 106 280 174 0 100 0 106 0
Total
Média
Se ARM < CAD ⇒ EXC = 0
Se ARM = CAD ⇒ EXC = (P-ETo) - ALT
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116 0 155Fev 97 215 118 0 100 0 97 0 118
Mar 104 230 126 0 100 0 104 0 126Abr 88 119 31 0 100 0 88 0 31Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 -14 0Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 -31 0Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 -42 0
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 -68 0Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 -60 0
Out 109 123 14 -171 18 14 109 0 0Nov 106 223 117 0 100 82 106 0 35Dez 106 280 174 0 100 0 106 0 174
Total
Média
Se ARM < CAD ⇒ EXC = 0
Se ARM = CAD ⇒ EXC = (P-ETo) -ALT
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116 0 155Fev 97 215 118 0 100 0 97 0 118
Mar 104 230 126 0 100 0 104 0 126Abr 88 119 31 0 100 0 88 0 31Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 -14 0Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 -31 0Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 -42 0
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 -68 0Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 -60 0
Out 109 123 14 -171 18 14 109 0 0Nov 106 223 117 0 100 82 106 0 35Dez 106 280 174 0 100 0 106 0 174
Total
Média
Calcula-se o TOTAL e a MÉDIA
MÊS ETo P P-ETo NAC ARM ALT ETR DEF EXC
Jan 116 271 155 0 100 0 116 0 155Fev 97 215 118 0 100 0 97 0 118
Mar 104 230 126 0 100 0 104 0 126Abr 88 119 31 0 100 0 88 0 31Mai 78 20 -58 -58 56 -44 64 -14 0Jun 63 9 -54 -112 33 -23 32 -31 0Jul 62 5 -57 -169 18 -15 20 -42 0
Ago 90 12 -78 -247 8 -10 22 -68 0Set 94 30 -64 -311 4 -4 34 -60 0
Out 109 123 14 -171 18 14 109 0 0Nov 106 223 117 0 100 82 106 0 35Dez 106 280 174 0 100 0 106 0 174
Total 1113 1537 424 -1068 737 0 898 -215 639Média 93 128 35 -89 61 0 75 -18 53
Calcula-se o TOTAL e a MÉDIA
Aferição do Balanço Hídrico
Aferição BHC Normal
S P = S ETo + S(P-ETo) ⇒ 1537 = 1113 + 424
S P = S ETR + S EXC⇒1537 = 898 + 639
S ETo = S ETR + S DEF ⇒1113 = 898 + 215
S ALT = 0 ⇒0 = 0
Representação Esquemática do BH NormalPiracicaba - SP
Balanço Hídrico Sequencial
• Possibilita o acompanhamento em tempo real da disponibilidade de água no solo.
• Pode ser realizado em escala diária, quinquidial, semanal, decendial ou mensal.
• A inicialização deve ser feito, preferencialmente num período chuvoso, em que se possa assumir ARM=CAD.
Exemplo:
Balanço Hídrico Sequencial Representação
Balanço Hídrico de Cultivos
• Objetiva calcular o armazenamento hídrico do solo levando-se em conta o tipo de cultura e sua fase de desenvolvimento.
• Neste BH, usa-se a evapotranspiração máxima de cultura (ETc) e o BH é calculado do mesmo modo.
• Para estimativa de ETc, um dos métodos mais simples é pelo uso do coeficiente de cultivo:
ETc = Kc * ETo
Balanço Hídrico de Cultivos - Kc
Balanço Hídrico de Cultivos - Kc
BH para controle da irrigação
• É uma adaptação/simplificação do BH climatológico sequencial para facilitar sua aplicação em condições operacionais.
• Aplica-se principalmente para irrigação não localizada.
• Além do conhecimento prévio da fenologia da cultura, da demanda hídrica e das características físicas do perfil de solo, é necessário também conhecer a lâmina de irrigação ou dotação de rega. Esta pode ser fixa ou variável, dependendo do sistema de irrigação.
• É necessário também definir o valor da Água Facilmente Disponível (AFD) para o cultivo, dependente do fator p:
AFD = CAD * p
BH para controle da irrigação
BH para controle da irrigação
• Cálculo da AFDi
Para DR variável:
AFDi = AFDf do período anterior
AFDf = AFDi + (I + P – ETc)
